Table des matières

I. LE GAZ PARFAIT (ÉTUDE CINÉTIQUE)

1. Le modèle du gaz parfait . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. La densité des molécules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Moyennes temporelles des vitesses des molécules . . . . . . . . . . . . . .

4. Moyennes statistiques des vitesses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5. Énergie interne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6. Répartition isotrope des vitesses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7. Pression d’un gaz parfait en équilibre statistique . . . . . . . . . . . . . . . .

8. Propriétés du gaz parfait en équilibre statistique . . . . . . . . . . . . . . . .

MÉLANGE DE GAZ PARFAITS

9. Mélange à deux constituants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10. Extension des résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

II. LA TEMPÉRATURE

1. Équilibre thermique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Le gaz parfait, limite des gaz réels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Unité de température . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Bref historique de l’évolution de la notion de température . . . . . . . .

5. Échelle internationale pratique de températures (E.I.P.T.) . . . . . . . .

6. Propriétés du gaz parfait déduites de l’équation d’état . . . . . . . . . . .

Exercice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

III. PREMIER PRINCIPE DE LA THERMODYNAMIQUE.
TRANSFORMATION D'UN SYSTÈME

1. Le système . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. L’énergie interne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Notion de chaleur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Premier principe de la thermodynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5. Équilibre d’un système . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6. Travail extérieur au cours de la transformation d’un système . . . . . .

7. Transformation isochore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8. Transformation isobare. Enthalpie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9. Transformation spontanée d’un système isolé . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Exercice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

IV. CHALEURS MASSIQUES

1. Définitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Chaleurs massiques à volume constant ou à pression constante . . . . .

3. Chaleurs massiques moyennes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

CHALEURS MASSIQUES DES GAZ PARFAITS

4. Définitions. Formule de Mayer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Exercice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5. Résultats des mesures de C_V et C_P . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6. Interprétation des résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Exercice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7. A propos de la calorie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

CHALEURS MASSIQUES DES SOLIDES ET DES LIQUIDES

8. Mesures des chaleurs massiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9. Résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

V. THERMOCHIMIE

1. Les chaleurs de réactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Mesure d’une chaleur de réaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Exercice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Propriétés des chaleurs de réactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Exercice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.Calcul d’une chaleur de réaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Exercice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5. État de référence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6. Enthalpie de formation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Exercice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

VI. TRANSFORMATIONS QUASI STATIQUE,
CAS DU GAZ PARFAIT

1. Transformation quasi statique. Échange réversible . . . . . . . . . . . . . .

2. Conditions de réversibilité des échanges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Transformation isotherme réversible d’un gaz parfait . . . . . . . . . . . .

TRANSFORMATION ADIABATIQUE RÉVERSIBLE
D’UN GAZ PARFAIT

4. Équation de la transformation. Formule de Laplace . . . . . . . . . . . . . .

5. Calcul du travail mis en jeu au cours de la transformation . . . . . . . .

Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6. Position relative des courbes isothermes et adiabatiques . . . . . . . . .

Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7. Cycle de Carnot d’un gaz parfait . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

VII. LES DEUX PRINCIPES DE LA THERMODYNAMIQUE

1. Les deux principes de la thermodynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Cycle de Carnot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Exemple de transformation irréversible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

VIII. TRANSFORMATIONS QUASI STATIQUES
D'UN SYSTÈME MONOPHASÉ

1. Expression différentielle des fonctions U et H . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Quelques propriétés des dérivées partielles . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Les échanges de chaleur d’un fluide homogène.
    Coefficients calorimétriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Autres relations entre les coefficients calorimétriques
    et l’équation d’état du système monophasé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5. Calcul de variations d’énergie interne, d’enthalpie et d’entropie . . .

Exercice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6. Mélange de deux gaz parfaits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Exercice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

IX. LES GAZ RÉELS

ÉTUDE THERMOÉLASTIQUE

1. Isothermes de gaz réels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Exercice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Coefficients thermoélastiques d’un gaz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Exercice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Interprétation graphique des coefficients et . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Isothermes de l’hydrogène. Thermomètre à gaz . . . . . . . . . . . . . . . . .

ÉTUDE THERMODYNAMIQUE

5. Détente de Joule - Gay-Lussac . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6. La première loi de Joule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Exercice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7. La détente de Joule - Thomson . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8. La seconde loi de Joule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9. Température d’inversion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10. Nouvelle définition du gaz parfait . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

X. ÉQUILIBRES ENTRE PHASES D’UN CORPS PUR

ÉQUILIBRE LIQUIDE-VAPEUR

1. Liquéfaction des gaz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Courbe de saturation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Courbe de vaporisation.
    Continuité de l’état gazeux et de l’état liquide . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Chaleur latente de vaporisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5. Formule de Clapeyron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6. Entropie le long de la courbe de saturation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7. Entropie du mélange liquide-vapeur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

ÉQUILIBRES DU SOLIDE

8. Équilibre cristal-liquide. Fusion et solidification . . . . . . . . . . . . . . .

9. Point triple . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Exercice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10. Les chaleurs latentes de fusion et de sublimation . . . . . . . . . . . . . . .

Exercice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11. Surface caractéristique du corps pur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12. Polymorphisme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

XI. ÉTUDE STATISTIQUE DU GAZ PARFAIT

1. Niveau d’énergie et cases quantiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Le nombre de complexions d’une distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. La statistique du gaz parfait . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. L’entropie du gaz parfait . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5. Mélange idéal de gaz parfaits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

XII. TRANSFORMATIONS IRRÉVERSIBLES

1. Évolution irréversible d’un système isolé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Entropie, température et énergie interne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Évolution irréversible d’un système adiabatique . . . . . . . . . . . . . . . .

XIII. ÉNERGIE LIBRE. ENTHALPIE LIBRE

1. Introduction des fonctions d’état énergie libre F et enthalpie libre G

2. Expressions différentielles de F et de G . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Application à un système chimique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Enthalpie libre des gaz parfaits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

XIV. LE POTENTIEL CHIMIQUE

1. Propriétés des fonctions d’état thermodynamiques . . . . . . . . . . . . . .

2. Les fonctions d’état et le nombre de moles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Le potentiel chimique d’un gaz parfait . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Potentiel chimique des constituants d’un mélange . . . . . . . . . . . . . . .

5. Potentiel chimique des constituants d’un mélange de gaz parfaits . . .

6. Application à l’équilibre de deux phases . . . . . . . . . . .  . . . . . . . . . .

7. Potentiel chimique d’un constituant d’une phase liquide
    ou d’une phase solide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

XV. LOI D'ACTION DE MASSE. RÈGLE DES PHASES

1. Généralités sur les équilibres chimiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Étude expérimentale des équilibres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

LOI D’ACTION DE MASSE

3. Forme la plus générale de la loi d’action de masse . . . . . . . . . . . . . .

ÉQUILIBRES HOMOGÈNES.
LOI D’ACTION DE MASSE ET CONSTANTES D’ÉQUILIBRE

4. Équilibres homogènes gazeux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5. Équilibre homogène en phase liquide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

ÉQUILIBRES HÉTÉROGÈNES

6. Extension de la loi d’action de masse aux équilibres . . . . . . . . . . . .

Exercices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  . . . . . . . . . . . . . . .

VARIANCE D’UN SYSTÈME. RÈGLE DES PHASES

7. Variance d’un système  . . . . . . . . . . . . . . .  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8. Règle des phases (ou règle de Gibbs) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9. Exemples d’application de la règle des phases . . . . . . . . . . . . . . . . .

LOIS DU DÉPLACEMENT DE L’ÉQUILIBRE

10. Variation des constantes d’équilibre avec la température.
      Équation de van’t Hoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11. Intégration de l’équation de van’t Hoff relative à une phase gazeuse

12. Déplacement de l’équilibre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

13. Loi de modération . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

14. Étude quantitative du déplacement de l’équilibre . . . . . . . . . . . . . .

XVI. DIAGRAMMES D’ÉQUILIBRE

1. Solution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Variance d’un mélange binaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

ÉQUILIBRE DU MÉLANGE BINAIRE LIQUIDE - VAPEUR

3.Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Mélanges idéaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Exercice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5. Cas des mélanges réels. Azéotropie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6. Différents types de diagrammes isobares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

DIAGRAMMES D’ÉQUILIBRE LIQUIDE-SOLIDE

7. Refroidissement d’un mélange liquide binaire . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8. Miscibilité totale à l’état solide. Solutions solides . . . . . . . . . . . . . .

9. Miscibilité nulle à l’état solide, miscibilité totale à l’état liquide.
    Mélange eutectique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

INDEX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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